FlexFuture - Integrierte Flug- und Lastenregelung von hochflexiblen Flugzeugen für den multidisziplinären Flugzeugentwurf für zukünftige, klimaneutrale Flugzeuge

Abstract

Das Gesamtziel des Vorhabens FlexFuture ist die Bereitstellung von validierten Methoden zur nichtlinearen Modellierung, Modellreduktion und Auslegung einer integrierten Flug- und Lastenregelung für hochflexible Flugzeuge in einem formalen Auslegungsprozess sowie die Entwicklung und Erprobung eines integrierten Flug- und Lastenregelungssystems. Darin stehen die mathematische Modellierung der starken nichtlinearen aero(servo)elastischen Effekte von hochflexiblen Flugzeugen, die Reduzierung der Modelle für die Auslegung des Regelungssystems und die integrierte Betrachtung von Flug- und Lastenregelung im Vordergrund. Das Vorhaben unterstützt damit die Effizienzsteigerung von zukünftigen Flugzeugentwicklungen im Sinne eines geringen Strukturgewichts und aerodynamisch effizienten schlanken Flügeln großer Streckung. Das Teilvorhaben der TUHH wird zum Gesamtziel mit der Entwicklung der adaptiven Lastenregelung für hochflexible Flugzeuge beitragen. Hochflexible und hoch gestreckte Flugzeugstrukturen sind höheren Lasten im Flug ausgesetzt. Zudem weisen sie im Vergleich zu konventionellen Flugzeugstrukturen deutlich niedrigere Eigenfrequenzen und starke Verformungen im Flug auf. Damit verbunden sind Kopplungen zwischen der Starrkörperdynamik und den elastischen Strukturverformungen infolge aerodynamischer Interaktionen, was die konventionell getrennte Auslegung von Systemen Flug- und Lastenregelung verhindert. Es ist jedoch notwendig, die hochflexiblen Strukturen vor hohen Lasten infolge Böen, Turbulenz oder starken Flugmanövern zu schützen, um den Einsatz von aerodynamisch effizienten Strukturen zu ermöglichen und Beschädigungen der Struktur im Flug zu verhindern. Das Ziel des Teilvorhabens der TUHH ist deshalb die Entwicklung der adaptiven Lastenregelung als integralen Bestandteil des Flug- und Lastenregelungssystems. Aero-Struktur-Interaktionen sollen mit der korrekten Abbildung der aero(servo)elastischen Effekte im Modellansatz berücksichtigt und durch Methoden der Modellreduktion zur Generierung von handhabbaren Modellen hoher Güte auch im Auslegungsprozess des Regelungssystems adressiert werden. Adaptive Regelungskonzepte mit optimalen Allokationsmethoden sollen zur Ansteuerung von verteilten multifunktionalen Steuerflächen an der Flügelhinterkante die Regelungsziele aus Flug- und Lastenregelung vereinen. Die Ziele des Teilvorhabens der TUHH sind zusammengefasst:

Modellierung nichtlinearer aero(servo)elastischer Effekte von hochflexiblen Flugzeugen Modellreduktion zur Generierung von handhabbaren Modellen hoher Güte für die Auslegung der integrierten Flug- und Lastenregelung für hochflexible Flugzeuge Entwicklung einer adaptiven Lastenregelung als integraler Bestandteil der Flug- und Lastenregelung zum Lastenschutz und Reduzierung von hohen Lasten infolge Böen, Turbulenz und starken Flugmanövern mit verteilten multifunktionalen Steuerflächen Erprobung und Validierung der Methoden, Modelle und Systeme in Windkanal-, Bodentests und im realen Flugversuch mit dem flexiblen Flugversuchsträger G-Flights Dimona der TUHH